JP2009224144A - 同軸ケーブル付き多極コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、回路基板上で多数本の同軸ケーブルが一列に整列された状態に配置されている場合において、伝送特性（ＥＭＩ特性）を高めて高周波ノイズを抑制することができる同軸ケーブル付き多極コネクタを提供する。
【解決手段】導電性の芯線７と、芯線７から絶縁され、芯線７と略同心状に配されたシールド層９とを有する複数の同軸ケーブル４と、複数の同軸ケーブル４のシールド層９にそれぞれ取着された複数のグランド部材２４と、複数のグランド部材２４が取着された複数の同軸ケーブル４の端部を収容するハウジング１５と、を備え、グランド部材２４が、プリント配線板２のグランド接続部と電気的に接触する基板接触部２９を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板のグランド接続部と接続する同軸ケーブル付き多極コネクタに関する。

一般に、回路基板の導体部に、線径がφ１ｍｍに満たない細径同軸ケーブルの編組（シールド層）をグランド接続する電線接続構造として、特許文献１，２で開示されているものが知られている。特許文献１は、電線加工品及びその製造方法について開示する。特許文献１の段落番号［０００７］には、「この露出した外部導体１を上下から２組の幅１ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの錫メッキリン青銅のグランドバー２ではさみ、ハンダ付けにより・・・固定した・・・」と記載されている。すなわち、特許文献１では、一列に並設された多数本の同軸ケーブルのシールド層が導電性を有する上下のグランドバーに一括に接続している。

特許文献２は、極細線同軸ケーブルの端末接続部及び接続方法について開示する。特許文献２の段落番号［００３２］には、「・・・ＣＯ₂ レーザ加工により、極細同軸ケーブル２端末のポリエステル又はテフロン（登録商標）樹脂からなるケーブル最外層９の被覆の一部を除去し、外層横巻きシールド線８を露出させる。露出した外層横巻きシールド線８をＹＡＧレーザで加工後分離し、絶縁体層７を露出させる。ケーブル最外層９と外層横巻きシールド線８の境界付近を、Ｐｂフリー半田として、例えば、Ｓｎ−３．０ｍａｓｓ％Ａｇ−０．５ｍａｓｓ％Ｃｕの棒状部材１７で半田付けし、グランドとする。・・・」と記載されている。すなわち、特許文献２では、一列に並設された多数本の同軸ケーブルのシールド層が導電性を有する棒状部材に一括接続している。

特開平１０−１４４１４５号公報 特開２００２−３５２８７７号公報

携帯電話などの情報機器端末やテスターなどの計測装置において、デジタル信号の高速伝送特性に優れることが要求される分野がある。高画質の画像を液晶ディスプレイに表示する情報機器端末や計測装置などは、少ないノイズで大容量の画像データを高速に伝送する必要があり、例えば、低電圧化・高周波数化されたデジタル信号（差動信号）を多数組の信号線（作動ペア）により互いに逆位相で、１ギガｂｐｓ程度以上の伝送速度で伝送する場合がある。一方で、伝送される信号の高周波数化・高速化が進むに従い、ノイズの影響を受けやすくなり、伝送特性（ＥＭＩ特性）が低下するという問題がある。回路基板に接続する電線側のノイズ対策としては、一般的に、シールド層を有する同軸ケーブルが用いられているが、信号の周波数が１ギガｂｐｓ程度以上になると、シールドケーブルを用いただけでは不十分であることがわかっている。

高周波数化された信号のノイズ対策（低ＥＭＩ化）として、ケーブルと基板との接続部分におけるインピーダンスマッチングを図ることが有効であり、信号の伝送経路を短くし、伝送方向を大きく変化させないなどの工夫が成されている。しかしながら、多数本の同軸ケーブルを狭ピッチで一列に並設する場合において、多数本の同軸ケーブルのシールド層を導電性部材により一括接続（共通接続）すると、ケーブルと基板とがグランド接続するグランド接続部の位置により、グランドループの長さが一様でなくなり、高周波での伝送特性が劣化する恐れがある。例えば、多極のコネクタを介して同軸ケーブルと基板とをグランド接続する場合において、グランド接続部をコネクタの幅方向両側の２カ所に設けた場合に、中心に位置する同軸ケーブルと両側に位置する同軸ケーブルとのノイズ特性が異なるものとなり、伝送特性を高める上で限界がある。

上記問題点に鑑み、本発明は、回路基板上で多数本の同軸ケーブルが一列に整列された状態に配置されている場合において、伝送特性（ＥＭＩ特性）を高めて高周波ノイズを抑制することができる同軸ケーブル付き多極コネクタを提供する。

上記問題を解決するため、本発明の一態様によれば、導電性の芯線と、該芯線から絶縁され、該芯線と略同心状に配されたシールド層とを有する複数の同軸ケーブルと、前記複数の同軸ケーブルの前記シールド層にそれぞれ取着された複数のグランド部材と、該複数のグランド部材が取着された前記複数の同軸ケーブルの端部を収容するハウジングと、を備え、前記グランド部材が、基板のグランド接続部と電気的に接触する基板接触部を有している同軸ケーブル付き多極コネクタを提供する。

本発明によれば、個々の同軸ケーブルのシールド層にそれぞれ装着された個々のグランド部材を介してシールド層と回路基板のグランド接続部とがグランド接続し、ケーブル側から基板側へノイズ電流が流れるから、回路基板上で多数本の同軸ケーブルが一列に整列された状態に配置されている場合であっても、多数本の同軸ケーブルと回路基板間において、インピーダンスマッチングの整合性を図ることができ、伝送特性を高めることができる。したがって、高周波ノイズを抑制することができ、信号伝送の信頼性を向上することができる。

また、グランド部材は、一端に電線接続部を有し、他端に基板接触部を有しているから、同軸ケーブルのシールド層と回路基板のグランド接続部とを、短いグランド経路で、伝送特性を低下させずにグランド接続することができる。

また、基板接触部が回路基板の導体部に弾性的に接触する弾性接触片に設けられているから、半田を使用することなく、グランド接続することができる。
また、電線接続部の一対の加締片で編組の外周が隙間なく圧着されるから、グランド部材とシールド層との接触面積を大きくでき、接続信頼性を高めることができる。

以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。図１には、本実施形態の同軸ケーブル付き多極コネクタ（以下、「多極コネクタ」という。）を含む回路体接続構造が示されている。回路体接続構造は、高周波数の差動信号を高速伝送する接続構造に関するものであり、絶縁性を有する基板の板面に配線導体（導体部）が形成されたプリント配線板（回路基板）２と、基板上に直付けされた基板コネクタ３と、一列に整列された状態に配置された多数本の同軸ケーブル４と、プリント配線板２の配線導体（グランド）に、同軸ケーブル４の先端側で外被１０が除去されることにより露出している編組（シールド層）９をグランド接続させる多極コネクタ５と、から構成されている。基板コネクタ３と多極コネクタ５とがコネクタ接続することにより、多数本の同軸ケーブル４とプリント配線板２とを電気的に相互接続する。

プリント配線板２は、例えば矩形平板状をなしており、エポキシ樹脂等の有機材料で構成される絶縁基板に、配線導体としての信号線がプリントされたものである。絶縁基板を構成するエポキシ樹脂としては、紙基材エポキシ樹脂、ガラス布基材エポキシ樹脂やガラス布・紙複合基材エポキシ樹脂等が適用される。所定の配線パターンを構成する配線導体には、厚さ数１０μｍの導電性金属箔、例えば銅箔等が適用される。なお、本実施形態では、配線基板としてのプリント配線板２について説明するが、細幅の配線導体がインサート成形や接着等により、絶縁基板に形成されたものであってもよい。また、配線導体としては、導電性の樹脂材を適用してもよい。

プリント配線板２には、表裏両面に配線導体が形成されたものを用いることができる。プリント配線板２は、配線板２の内層に銅箔等でできたグランド層を有することができる。表面には、複数の信号線と、基板内層のグランド層とを電気的に導通したグランド接続部（パッド）が形成されている。表面のグランド接続部と基板内層のグランド層とは、貫通導体を介して電気的に接続させることができる。基板コネクタ３は、公地の手段、例えばビスによる固定方法によって基板に固定されるようになっている。なお、プリント配線板２には、基板用コネクタ３の他に、必要に応じて図示しないトランジスタ、コンデンサ、抵抗などの電子デバイスが実装される。

基板コネクタ３は、コネクタハウジング１２と、コネクタハウジング１２の壁部に所定のピッチで固定されている多数の基板側端子１４と、を備えている。コネクタハウジング１２は、絶縁性を有する樹脂材料から射出成形されたものであり、コネクタ嵌合方向の前側に多極コネクタ５が嵌入されるコネクタ嵌合室１３を有している。コネクタ嵌合室１３は、開口端側の間口が広く形成され、奥側の間口が狭く形成されている。コネクタ嵌合室１３の奥側で、壁部に固定されている基板側端子１４の一端側が突出し、多極コネクタ５のケーブル側端子２０を待ち受けている。

基板側端子１４は、導電性の良い銅合金などの金属をプレスにて打ち抜き、所定形状に曲げて形成されたものであり、コネクタハウジング１２の壁部に一体的に固定されている。なお、ハウジング１２と端子１４をそれぞれ別体とし、端子１４の長手方向の中間部で、コネクタハウジング１２の壁部に固定される部分に太い部分を形成し、壁部に形成された挿通孔に端子の太い部分を圧入することにより、端子１４を壁部に固定することも可能である。

嵌合室側の基板側端子１４は、壁部に固定されている根本側から先端側にかけて上向きに傾斜して延び、接点部１４ａを経た後、下方に傾斜している。これにより、基板側端子１４は根本側を支点として撓み可能に構成され、ケーブル側端子２０と弾性接触できるようになっている。端子１４の他端側は、コネクタハウジング１２の後側から延出してプリント配線板２の信号線に接続している。基板側端子１４の他端側とプリント配線板２の信号線との接続は、特に制限されるものではないが、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接、半田などで行うことができる。ここで、コネクタハウジング１２の前後の概念は本明細書の説明の都合上、コネクタ嵌合方向を前側と定め、コネクタ嵌合方向の反対方向を後側と定めることとする。

同軸ケーブル４には、電線径が１ｍｍ程度の極細径同軸ケーブルが適用されることができる。同軸ケーブル４は、中心に導電性の芯線７が配置され、芯線７の外側に絶縁性の内部被覆８が形成され、内部被覆８の外側にシールド部としての編組９が形成され、編組９の外側に絶縁性の外部被覆１０が形成されている。このように同軸ケーブル４は多層構造をなしており、芯線７と編組９は内部被覆８により相互に絶縁され、芯線７を流れる信号電流が編組９によって高周波ノイズから保護されるようになっている。なお、本発明は、同軸ケーブル４を本実施形態の態様に限定するものではなく、電線径や編組９の形態を種々変更して実施することができる。

同軸ケーブル４は、予め先端側の外部被覆１０及び内部被覆８が所定の長さに皮剥ぎされ、芯線７及び編組９が露出した状態にされている。編組９を流れるノイズ電流は、編組９に装着されるグランド部材２４を介してプリント配線板２のグランド接続部に流れるようになっている。

多極コネクタ５は、ケーブル収容室１９を有するコネクタハウジング１５と、同軸ケーブル４の芯線部７と基板側端子１４とを電気的に接続するケーブル側端子２０と、を備えている。コネクタハウジング１５は、ハウジング主体部１６ａと、このハウジング主体部１６ａの両側の壁部に形成された溝２１にスライド挿入されて装着されるベースプレート１６ｂと、を備えている。ハウジング主体部１６ａとベースプレート１６ｂとの間が、ケーブル収容室１９となっている。ケーブル収容室１９は、ハウジング主体部１６ａとベースプレート１６ｂとの間に存する空間であり、多数本の同軸ケーブル４に対応する大きさに形成されている。

ベースプレート１６ｂには、図４に示すように、後述するグランド部材２４の弾性接触片２８がベースプレート１６ｂから外側に突出するように多数の貫通孔１６ｃが設けられている。ベースプレート１６ｂの内面には、グランド部材２４の弾性接触片２８が貫通孔１６ｃに位置合わせされるように、多数本の同軸ケーブル４が保持されている。

ハウジング主体部１６ａは、絶縁性を有する樹脂材料から射出成形されたものであり、コネクタ嵌合方向の前側が基板コネクタ３のコネクタ嵌合室１３に嵌入されるコネクタ嵌合部１７となっている。ハウジング主体部の後側は、同軸ケーブル４の端部が挿入されるように、ケーブル挿入口が開口形成されている。ここで、ハウジング主体部１６ａについても、基板コネクタ３のコネクタハウジング１２と同様に、コネクタ嵌合方向を前側と定め、コネクタ嵌合方向の反対方向を後側と定めることとする。

ハウジング主体部１６ａは、ベースプレート１６ｂが装着される底壁が開口形成されており、ハウジング主体部１６ａの幅方向に沿って切断した断面形状は枠状を成している。このため、ハウジング主体部１６ａにベースプレート１６ｂが装着された状態で、ハウジング主体部１６ａとベースプレート１６ｂとの間に空間を存している。この空間が、同軸ケーブル４の端部を収容するケーブル収容室１９となっている。ケーブル収容室１９の大きさは、横一列に並んだ多数本の同軸ケーブル４の端部が収容される適度の大きさに形成されている。例えば、ケーブル収容室１９の幅寸法を横一列に並んだ多数本の同軸ケーブル４の幅寸法と同程度ないしはそれよりやや小さい寸法にし、高さ寸法を同軸ケーブル４の高さ寸法と同程度ないしはそれよりやや小さい寸法にすることができる。これにより、多数本の同軸ケーブル４の端部を、ケーブル収容室１９の中で、枠状のハウジング主体部１６ａの内面とベースプレート１６ｂの板面との間で挟み、多数本の同軸ケーブル４の端部を動かないように収納することも可能である。

ハウジング主体部１６ａの両側の側壁の内壁面には、ベースプレート１６ｂをスライド挿入させるための溝２１が、ハウジング主体部１６ａの後壁側から前壁側にかけて直線状に形成されている。ベースプレート１６ｂは、例えば、多数本の同軸ケーブル４を板面に保持した状態で、両側の溝２１に押し込まれることにより、ハウジング主体部１６ｂに装着することができる。

コネクタ嵌合部１７の先端側には、基板コネクタ３のコネクタ嵌合室１３の奥側へ嵌入される突出部１８が形成されている。両コネクタ３，５を嵌合させると、突出部１８がコネクタ嵌合室１３の間口の広い開口端側から間口の狭い奥側へ基板側端子１４の先端側を下方へ撓ませながら嵌入し、突出部１８の下面に沿って延びているケーブル側端子２０の一端側が基板側端子１４の弾性復元力を受けて、ケーブル側端子２０と基板側端子１４とが弾性接触するようになっている。

ケーブル側端子２０は、導電性の良い銅合金などの金属をプレスにて真直に打ち抜いて形成されたものである。ケーブル側端子２０の一端側が基板側端子１４に弾性接触し、ケーブル側端子２０の他端側が、同軸ケーブル４の芯線部７に固定されている。固定方法は、公知の各種の方法を使用でき、例えば圧着、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接、半田などで行うことができる。

図２、３に示すように、コネクタハウジング１５のケーブル収容室１９（図１）には、多数本の同軸ケーブル４が横一列に整列された状態で、ケーブル側端子２０が圧着されている先端側がケーブル収容室１９の開口端から所定の位置まで挿入されている。多数本の同軸ケーブル４には、予めサブアセンブリされたものを用いることができる。サブアセンブリ化する方法としては、超音波溶着によってケーブル相互を一体化する方法や、テープ上にケーブル４を貼り合わせる方法などを使用することができる。ケーブル側端子２０は、多数本の同軸ケーブル４がサブアセンブリされた後に、外部被覆１０及び内部被覆被８が除去されることにより露出している芯線部７に固定されることができる。

ケーブル収容室１９に挿入された多数本の同軸ケーブル４は、ハウジング主体部１６ａの上壁に開口形成された孔部２２にケーブル４の弛み１１を保持させることで、コネクタハウジング１５から不用意にケーブル４が抜け出さないように保持されることができる。図３には、１本の同軸ケーブル４の弛み１１を孔部２２に保持させた状態が示されているが、実際には全ての同軸ケーブル４の弛みを孔部２２に保持させることで、多数本の同軸ケーブル４をコネクタハウジング１５から抜け出さないようにすることができる。同軸ケーブル４を保持する一例としては、ハウジング主体部１６ａの孔部２２に対応する位置でベースプレート１６ｂの内面に雄型の突部（図示せず）を設けることで、同軸ケーブル４を突部と孔部２２の孔壁内面とに間に挟み、同軸ケーブル４を保持することができる。

図５，６に示すように、個々の同軸ケーブル４の外部被覆１０が除去されることにより露出している編組９には、ケーブル４からプリント配線板２へノイズ電流を流すためのグランド部材２４が圧着されている。グランド部材２４は、導電性とばね性に優れる材料から作ることができ、例えば金属板からプレスで打ち抜きされ、所定形状に折り曲げ形成することによって作製することができる。グランド部材２４は、編組９に接続する電線接続部２５と、電線接続部２５から延出する弾性接触片２８とを有している。

電線接続部２５は、略リング状の形状をしており、その一部にリングの軸方向へ延びるスリット２７を備えている。スリット２７を挟んだそれぞれの部分が一対の加締片２６を構成している。一対の加締片２６の先端側はスリット２７を介して対向しており、ケーブル４の太さに応じて一対の加締片２６が縮径可能になっている。編組９が一対の加締片２６で圧着された際に、スリット２７が閉じて編組９の外周に一対の加締片２６の内面が密着する。また、圧着後、一対の加締片２６の間のスリット２７が閉じることで、同軸ケーブル４の内部被覆８の上に巻回されている編組９が解れることが防止されている。

弾性接触片２８は、電線接続部２５に一体的に連結された固定端３５ａと、固定端３５ａを起点としてコネクタハウジング１５に対するケーブル挿入方向の反対側に折り返された自由端３５ｂと、固定端３５ａと自由端３５ｂとの間でＶ字状に屈曲された連結部３５ｃとを有している。弾性接触片２８がケーブル挿入方向の反対側に折り返されることで、弾性接触片２８がコネクタハウジング１５に引っかかることなく、同軸ケーブル４をケーブル収容室１９に挿入することができるようになっている。Ｖ字状に屈曲された連結部３５ｃの頂点はプリント配線板２のグランド接続部に弾性接触する基板接触部２９となっている。弾性接触片２８は、長いほどばね性を弱めるものとなる一方で、幅が広くなるほどばね性が強くなると共に、プリント配線板２のグランド接続部との接触面積が大きくなり、接触抵抗が小さくなり、接触信頼性が高まる。図１には、基板接触部２９がプリント配線板２のグランド接続部に弾性接触した状態が示されている。弾性接触片２８のばね力は、弾性接触片２８の材質、自由端の長さ、断面性能などにより任意に変更可能であり、グランド接続部と基板接触部２９の接触面積が大きくなるように、ばね力が調整される。

以上により、本実施形態によれば、各ケーブル４の編組９がグランド部材２４の電線接続部２５に接続し、プリント配線板２のグランド接続部がグランド部材２４の基板接触部２９に接続しているため（グランド部材は２点で各ケーブル４の編組９とプリント配線板２のグランド接続部に電気的に接触している）、隣接するケーブル４間でグランドループが構成されず、ＥＭＩ特性が向上する。すなわち、個々の同軸ケーブル４の編組９にそれぞれ装着された個々のグランド部材２４を介してケーブル４側から配線板部２側へノイズ電流が流れるから、伝送特性が高まり、高周波ノイズを抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に制限するものではなく、他の形態で実施することもできる。本実施形態では、電線接続部２５が半割状の一対の加締片２６を環状に連結することにより構成されているが、電線接続部２５をＵ字状に連結された一対の加締片などにすることもできる。この場合、狭ピッチで隣接するケーブル４のグランド部材２４と短絡しないように、加締片２６の先端側が圧着後にケーブル４に沿って曲げられることが好ましい。

また、本実施形態の弾性接触片２８はＶ字状の形態をなしているが、図７（ａ）に示すように端部が接触部となるようにしたものや、図７（ｂ）に示すように滑らかに湾曲させたものとすることもでき、弾性接触片２８の形態を本実施形態に制限するものではない。

本発明に係る同軸ケーブル付き多極コネクタの一実施形態を示す断面図である。 同軸ケーブル付き多極コネクタと基板コネクタとがコネクタ接続している状態を示す図である。 同軸ケーブル付き多極コネクタの図である。 図３に示す同軸ケーブル付き多極コネクタを裏面側から見た図である。 グランド部材を示す図である。 同軸ケーブルの編組にグランド部材が圧着されている図である。 グランド部材の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 接続構造
２ プリント配線板
３ 基板コネクタ
４ 同軸ケーブル
５ 多極コネクタ
７ 芯線部
９ 編組（シールド層）
１４ 基板側端子
２０ ケーブル側端子
２４ グランド部材
２５ 電線接続部
２８ 弾性接触片

Claims (3)

1. 導電性の芯線と、該芯線から絶縁され、該芯線と略同心状に配されたシールド層とを有する複数の同軸ケーブルと、
   前記複数の同軸ケーブルの前記シールド層にそれぞれ取着された複数のグランド部材と、
   該複数のグランド部材が取着された前記複数の同軸ケーブルの端部を収容するハウジングと、を備え、
   前記グランド部材が、基板のグランド接続部と電気的に接触する基板接触部を有している同軸ケーブル付き多極コネクタ。
2. 前記グランド部材が、前記シールド層に接続する電線接続部と、該電線接続部から延出して前記回路基板の前記グランド接続部に弾性的に接触する弾性接触片とを有し、該弾性接触片に前記基板接触部が形成されている、請求項１に記載の同軸ケーブル付き多極コネクタ。
3. 前記電線接続部が半割状の一対の加締片を有し、該一対の加締片で前記シールド層の外周が圧着されている、請求項２に記載の同軸ケーブル付き多極コネクタ。

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